2024铝合金粉末热压成形实验及介观尺度仿真

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近年来,粉末成形技术在工业发展中愈发重要,最早被应用的粉末成形技术是用于制备金属与金属基复合材料的粉末冶金法。集近净成形、节能高效为一体的金属粉末热压成形方法随着现代科学技术的进步逐渐发展为低成本、高效率和高性能的高科技成形方法。粉末热压成形技术应用广泛,但是关于粉末热压成形的数值模拟目前大多将粉末当作可压缩的连续体处理,采用多孔的Shima椭球屈服准则或岩土学的Drucker-Prager/Cap屈服准则,没有将粉末颗粒离散化这样对于粉末颗粒在热压成形过程中不能直观的反映出的变形、受力以及流动等情况。对此本文首先利用烧结设备制备铝合金粉末热压试件,通过调节温度以及保温时间分析其对粉末热压成形试样致密度的影响。结果显示,在压制力设置为2k N时,随着温度上升热压成形的试样致密程度越高,温度为300℃时试样的轴向收缩率为22%,温度为450℃时达到了40%。但是在其他条件一定的情况下,保温时间对粉末热压成形试样的致密程度影响不大。随后将粉末热压成形后的试样进行热模拟实验,得到在不同热变形条件下的真应力-真应变曲线,通过线性回归的方法得到铝合金粉末在高温条件下的塑性本构方程。利用离散元软件Edem建立粉末模型,通过二次开发导入到有限元软件Abaqus中,分析在粉末热压成形过程中不同位置的粉末颗粒的受力及变形影响。同时分析不同温度、不同压制力以及不同摩擦系数参数对粉末热压成形的影响。最后将粉末模型导入到Fluent软件中,同时把温度提高到半固态温度期间,观察粉末颗粒在半固态温度时的熔化及流动情况。
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